专利名称：冷电子红外线灯的制作方法
技术领域：
本发明关于一种夜间红外线照明器，特别是指一种利用碳膜做为电子发 射体以发出电子，在加速电压的条件下撞击萤光粉产生红外光的一种夜间照 明辅助器及其制造方法。
背景技术：
使用者在夜间使用数字相机或者是数字摄影机通常都会有遭遇光线不 足的问题，而需要使用闪光灯来辅助摄影。但如此在闪光的瞬间，将会干扰 被拍摄的周遭环境。另一方式则是使用附有开启红外线功能的数字摄影机。 红外线具有肉眼无法察觉，却可以在一定距离内提供足够照明度的特点。因 此这种红外线功能的数字摄影机具有隐密性，不易被发现，也较不易干扰被 拍的物体及周遭环境的功效。军事上，红外线也常应用于夜间使用或光线不 足的情况下的望眼镜或瞄准器上。加热式的红外线灯的另一用途是作为医疗使用，或烘干用途。传统的红外线灯是利用巻状钨丝灯芯放入石英灯管内，通电流后加热钨 丝，而使其放出电子，电子再加速撞击可以产生红外线波长范围的萤光涂层 上。这种红外线灯属于热电子式的红外线灯。为防钨丝过早氧化，石英灯管 内通常充填特殊惰性气体。管状的石英是一个小型高功率热源。灯管内有支撑的圆状钨丝作为固定 灯丝之用。这种灯管属于保护气体灯管类，也即在灯管的使用寿命期间，灯 管本身会变黑因而使得红外线减弱的情形是非常微少的。另外，这种灯管是 由石英所制成的而不是一般玻璃，这是因石英本身的膨胀系数低且熔点高。
以使小小灯管内能承受高热量，而低膨胀系数使其免于因突然间温度冲击造 成破裂。发明内容本发明所要解决的主要技术问题是提供一种冷电子红外线灯，其利用碳 膜做为电子发射体，属于冷电子的方式，因此，灯管寿命将比传统以鹆丝加 热所产生热电子型的红外线灯的灯管寿命长。本发明所要解决的另一主要技术问题是提供一种冷电子红外线灯，更包 含一透镜，能强化其照明的能力。本发明提供的一种冷电子红外线灯，包含一平面阴极，由形成于镍基板的碳膜组成；一平面阳极，由形成于一玻璃基板上的透明导电氧化层及涂布于该透明 导电氧化层上的萤光涂层所组成，该萤光涂层为能激发700nm至1500nm波 长范围红外线的萤光粉涂层；一玻璃柱体，该玻璃柱体上具有一平面以供一聚光透镜固定于其上；一底座，该底座且具有二沟槽形成于其中，以供该平面阴极及该平面阳 极分别固定于该二沟槽中；该玻璃柱体结合该底座以形成一封装体；一聚光透镜；一反射涂层；该聚光透镜连接于该玻璃柱体的该平面上，该玻璃柱体除了该透镜所在的 表面外，其它表面皆以该反射涂层包覆，因此当该冷电子红外线灯施以操作电 压时，该平面阴极发出电子撞击萤光涂层后激发出的光被该聚光透镜聚光。本发明提供的又一种冷电子红外线灯，包含一玻璃柱体；一条状阴极，由镍条成长碳膜于该镍条的半表面上所组成；
一曲面阳极，由金属反射基板涂布萤光涂层所组成，该萤光涂层为能激发700nm至1500nm波长范围红外线的萤光粉涂层；该条状阴极位于该玻璃柱体的中心轴向或中心轴向正上方，曲面阳极则 随着玻璃柱体的管体沿轴向贴附于该玻璃柱体，因此当该冷电子红外线灯施 以操作电压时，条状阴极发出电子撞击萤光涂层后激发出红外光。较佳地，阳极和阴极先嵌入于底座上再置入于玻璃柱体内。聚光透镜可 以置于玻璃柱体的透镜座上。较佳地，上述的萤光涂层是由以砷化镓粉末为主，另再掺杂锰、硅、硼 等的粉末所组成以产生红外线。这种萤光粉属于高电压发光型的萤光粉，红 外线波长范围约700-1500nm。进一步，上述的实施例也可以分别包含指状平面栅极，设于平面阳极和 阴极之间；或包含细金属线形的栅极，设于条状阴极和曲面阳极之间，以降 低操作电压。本发明的效果是显著的本发明利用碳膜做为电子发射体，属于冷电子 的方式，因此，灯管寿命将比传统以钨丝加热所产生热电子型的红外线灯的 灯管寿命长，此外，更包含一透镜，能强化其照明的能力。
图1A及图1B为依据本发明第一较佳实施例的红外线灯示意图，包含平 面型透明阳极及阴极，图1A为封装前，而图1B为封装后。图1C为依据本发明第二较佳实施例的红外线灯，包含平面型透明阳极、阴极及指状平面栅极。图2A为依据本发明第三较佳实施例的红外线灯，其中阴极是线状的，而阳极则是反射金属面，透镜置于玻璃柱体外的座上。图2B为依据本发明第三较佳实施例的红外线灯的横截面示意图。图2C为依据本发明第四较佳实施例的红外线灯的横截面示意图，包含
一细线形栅极。图号对照说明5…玻璃柱体10a……镍基板10b……碳膜10c……阴极连接导线20……玻璃基板24……曲面反射金属基板25a……氧化铟锡层25b……萤光涂层25c……阳极连接导线26……曲折部30……透镜40……底座45……沟槽50……电源供应器55……透镜基座60……光线射出方向65……反射涂层具体实施方式
本发明的较佳实施例将于往后的说明文字中辅以图式做更详细的阐述 图1A为依据本发明的第一实施例的红外线照明器的底座未塞入该玻璃 空心柱体5前的示意图。包含一玻璃空心柱体5(以下简称玻璃柱体5)、镍 基板10a、 一碳膜10b、 一玻璃基板20、氧化铟锡层25a及涂布于其上的萤 光涂层25b、透镜30、阴极连接导线10c、阳极连接导线25c、底座40及电 源供应器50。阳极与阴极的距离约30-40咖。除了透镜30外，为减少光束 射出后受萤光涂层25b的粉末的散射，在玻璃柱体5外可另加一反射涂层65， 以加强光束的强度。如图示，反射涂层65除了透镜的表面外，其余玻璃柱 体5的表面皆以反射涂层65包覆，以降低红外线光束被萤光粉所散射 (scattering)的程度。图1A的玻璃柱体5是以空心圆柱为例，但并不应做 为限制条件。换言之，玻璃柱体5也可以是四角柱、五角柱、六角柱或是其 它多边柱体。上述的反射涂层65可以是一金属涂层或一金属箔。首先，以垸类气体为碳来源气体，氢为还原气体施以化学气相沉积法，
请参考图1A，在一镍基板10a上成长一厚约1-10拜的平面碳膜层10b做 为阴极IO。成长的温度约为850至100(TC。接着，在玻璃基板20上形成一 透明导电氧化层25a(例如氧化铟锡，ITO;氧化锌，ZnO)，然后，在透明导 电氧化层25a上涂布一萤光涂层25b以做为阳极25。萤光涂层25b的成分以 砷化镓粉末为主，另再掺杂锰、硅、硼等。以一较佳实施例而言，其中，砷 化镓粉末的重量百分率浓度约为90-100%，其余为锰、硅、硼等成分。这种 萤光粉属于高电压发光型的萤光粉，红外线波长范围约780-1500nm。另一选 择则是铟铝镓砷磷的化合物InJUyGan—yAsJVz，上述的x约为0-l、y约0-0. 6、 z约为0. 1-1. 0。此外也可以选择以氟化锂作为萤光粉。最后，再将一透镜30、玻璃基板20和镍基板10a嵌入一底座40的沟 槽45中，再推入进行封装，如图1B所示。底座的材质以和玻璃柱体5可完 全融合者为佳，例如相同的玻璃材质。在玻璃柱体5完全封装前先进行真空 处理。真空度约为l(T-l(Ttorr(典型值约为10-6 torr)。当然，透镜30并 不限定要封装于玻璃柱体5内，另一选择请参考图1B，是在玻璃基板20和 镍基板10a以玻璃柱体5进行封装后，再将透镜30固定于玻璃柱体5的光 线射出方向以加强聚光。本发明的红外线照明器耗电量极低，功率约为15W(可以使用高压直流电 例如5kV-30kV)，在平面阳极和阴极的距离d为5-15mm，典型操作电压约为 15000V，及极低电流0.5-2raA (典型值约为lmA)即可进行操作。本发明的电 源供应器可以是二颗至三颗9V的干电池再经过升压泵电路做为电源供应器 50，升压至约lkV-15kV以提供红外线电力。或另一种操作方式是电源供应 器50使用周期性方波产生电路提供电力，方波电压的峰值-峰值约为 0V-15kV，周期约为50-200Hz。本发明的第一实施例也可以如下变化即在阳极25和阴极10之间再加 一栅极15，并连接一栅极电压，以降低红外线灯的工作电压。以一较佳实施 例而言，栅极15是以弯曲成指状的金属导线15a另加一低阻值来完成，请 参考图1C。例如数MQ(百万欧姆)至数十MQ的电阻15b。其中，阳极平面25 和栅极平面15之间的距离约3mm-12mm，而栅极平面15和阴极平面10的距 离约2m-5mm。栅极可以提供电子较低的能障以供阴极射出的电子跳迁，以 上述阳极25、栅极15和阴极10之间的距离为例，操作电压分别为阳极25 相对阴极施以5-10 kV，栅极15相对阴极施以3kV-5kV。以上的第一及第二较佳实施例中的阴极也可以如下变换。如图2A、 2B、 2C所示为依据本发明的第三实施例的红外线照明器，包含玻璃柱体5、 一 阳极25由圆弧形曲面导电基板24及涂布于曲面导电基板24上的萤光涂层 25b所组成、 一阴极10由镍条lla的半圆柱表面形成一碳膜lib所组成；透 镜30。该半圆柱表面朝向曲面导电基板24。为易于封装时辨认镍棒lla的 碳膜方向，镍条ll.a可以在端部做成曲折部26。透镜30则置于玻璃柱体5 的基座55上。基座55位于出光60的方向。其中镍条直径约为0.5-1.5咖。 玻璃柱体5直径D约为0. 5-3 cm。在第二实施例中碳膜lib也是使用上述 的CVD法沉积。萤光涂层的成分同第一实施例，因此，将不再赘述。第三实施例条形阴极的红外线照明器同样也可以另加一栅极15于阳极 25和阴极10之间，并连接至柱体外部以连接电源，如图2C所示。栅极15是 另一细金属丝15a连接数MQ至数十Mfi的电阻15b所组成。以降低工作电压。除此之外，在第二及第三实施例中，图2B及2C中阴极10位置接近于 玻璃柱体5中心。依据本发明所揭示的精神也可作位置调整的变化。例如， 也可将阴极10的设置于比图式玻璃柱体5中心正上方(接近透镜30的方向)。 正上方是指仍维持与阳极曲面呈对称。另外，上述实施例中的聚光透镜是用以使射出的红外光聚光，事实上， 本发明的应用也可以在没有聚光透镜的条件下使用。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利范 围，凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包 含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种冷电子红外线灯，其特征在于，包含一平面阴极，由形成于镍基板的碳膜组成；一平面阳极，由形成于一玻璃基板上的透明导电氧化层及涂布于该透明导电氧化层上的萤光涂层所组成，该萤光涂层为能激发700nm至1500nm波长范围红外线的萤光粉涂层；一玻璃柱体，该玻璃柱体上具有一平面以供一聚光透镜固定于其上；一底座，该底座具有二沟槽形成于其中，以供该平面阴极及该平面阳极分别固定于该二沟槽中；该玻璃柱体结合该底座以形成一封装体；一聚光透镜；一反射涂层；该聚光透镜连接于该玻璃柱体的该平面上，该玻璃柱体除了该透镜所在的表面外，其它表面皆以该反射涂层包覆，因此当该冷电子红外线灯施以操作电压时，该平面阴极发出电子撞击萤光涂层后激发出的光被该聚光透镜聚光。
2. 如权利要求1所述的冷电子红外线灯，其特征在于，上述玻璃柱体内 部的真空度为10—L10—7拖耳，上述的反射涂层是一金属涂层或一金属箔。
3. 如权利要求1所述的冷电子红外线灯，其特征在于，该萤光涂层以锰、 硅、硼成分为次掺杂，而其中锰、硅、硼重量百分率浓度为1%至10%，其余 为砷化镓。
4. 如权利要求1所述的冷电子红外线灯，其特征在于，上述的碳膜厚度 为1-10mhi，而该阳极与阴极的距离为5-20mm，而所述的操作电压为1-15kV。
5. 如权利要求1所述的冷电子红外线灯，其特征在于，更包含一弯曲成 指状的金属导线连接一电阻做为栅极，位于该平面阳极与阴极之间并连接至 该玻璃柱体外以连接一电源，其中该阳极与栅极距离为3-12mm，栅极与阴极 距离为2-5mm，该电阻阻值为数MQ至数十MQ。
6. 如权利要求1所述的冷电子红外线灯，其特征在于，上述的萤光粉主 要选自砷化镓粉末，重量百分率浓度为90-100%，其余为锰、硅、硼或铟铝 镓砷磷的化合物两者其中之一。
7. —种冷电子红外线灯，其特征在于，包含 一玻璃柱体；一条状阴极，由镍条成长碳膜于该镍条的半表面上所组成； 一曲面阳极，由金属反射基板涂布萤光涂层所组成，该萤光涂层为能激 发700nm至1500nm波长范围红外线的萤光粉涂层；该条状阴极位于该玻璃柱体的中心轴向或中心轴向正上方，曲面阳极则 随着玻璃柱体的管体沿轴向贴附于该玻璃柱体，因此当该冷电子红外线灯施 以操作电压时，条状阴极发出电子撞击萤光涂层后激发出红外光。
8. 如权利要求7所述的冷电子红外线灯，其特征在于，更包含一透镜， 位于红外光射出的方向以被该透镜所聚光。
9. 如权利要求7所述的冷电子红外线灯，其特征在于，上述玻璃柱体为 直径是0.5-3cm的圆柱体或多角柱体，该条状阴极为圆条状，直径为 0. 5-1. 5mm。
10. 如权利要求7所述的冷电子红外线灯，其特征在于，更包含一金属 导线连接一电阻做为栅极，该栅极位于该阳极与阴极之间并连接至该玻璃柱 体外以连接一电源，其中该阳极与栅极距离为3-12mm，栅极与阴极距离为 2-5mm，该电阻阻值为数MQ至数十MQ。
11. 如权利要求7所述的冷电子红外线灯，其特征在于，上述萤光粉主 要选自砷化镓粉末，重量百分率浓度为90-100%，其余为锰、硅、硼或铟铝 镓砷磷的化合物两者其中之一 。
全文摘要
一种冷电子红外线灯，在一实施例中包含一玻璃柱体，一形成于镍基板的碳膜组成的平面阴极，一由形成于一玻璃基板上的透明导电氧化层及涂布于其上的荧光涂层所组成的平面阳极及一聚光透镜。阳极和阴极先嵌入于一底座的沟槽上再置入于玻璃柱体内。此外，聚光透镜可以置于玻璃柱体的透镜基座上，该玻璃柱体的外表面除透镜表面外，再以一反射涂层包覆。在另一实施例中，则包含一条状阴极，由镍条成长碳膜于该镍条的半表面上所组成；一曲面阳极，由金属反射基板涂布荧光涂层所组成，该荧光涂层为能激发700nm至1500nm波长范围红外线的荧光粉涂层。本发明比传统以钨丝加热所产生热电子型的红外线灯的灯管寿命长，进一步能强化照明的能力。
文档编号H01J63/02GK101106063SQ20061010131
公开日2008年1月16日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者贾淑瑜 申请人:方针集团科技有限公司